Биохимическая характеристика растений свербиги восточной (Bunias orientalis L. ) при культивировании на севере

Михович Жанна Эдуардовна; Пунегов Василий Витальевич; Груздев Иван Владимирович; Рубан Галина Алексеевна; Зайнуллина Клавдия Степановна

УДК 582.683.2-119:633.2:631.529(470.1).

БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТЕНИЙ СВЕРБИГИ ВОСТОЧНОЙ (БПШЛБ ОШБМТЛЫБ Ь.) ПРИ КУЛЬТИВИРОВАНИИ НА СЕВЕРЕ

Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар

Статья поступила в редакцию 19.05.2017

В статье представлены результаты расширенного изучения биохимического состава надземной массы и семян свербиги восточной, выращенной в среднетаежной подзоне Республики Коми. Показано, что надземная масса растений в фазу цветения богата низкомолекулярными водорастроримыми веществами и флавонолами. Из окси-кислот доминирует яблочная кислота, из спиртов - глицерин и инозитол, из сахаров - Б-глюкоза и Б-фруктоза. Массовая доля кислот в воздушно сухой надземной массе растений составляет 2,6%, спиртов - 1,3%, моно - и дисахаридов - 6,2%. Высокое соотношение массовой доли сахаров к массовой доле кислот обуславливает как хорошую поедаемость зеленой массы растений сельскохозяйственными животными, так и приятный вкус блюд, с включением свежей или ошпаренной зелени растений, в рационе человека. Флавонолов содержится 6,2% в пересчете на абсолютно сухое вещество. В зрелых плодах (семенах) свербиги восточной содержится в среднем 12% неполярных липидов. Доминируют три кислоты: олеиновая, линолевая и линоленовая, их массовая доля составляет не менее 33,3 мг в 100 мг масла. Ценность масла из семян растений заключается в том, что предельные жирные кислоты обнаружены в нем только в минорных количествах (в сумме не более 2,32 мг в 100 мг масла) с преобладанием полиненасыщенных жирных кислот.

Ключевые слова: свербига восточная, биохимический состав, семена, надземная масса

Свербига восточная (Bunias orientalis Ь.) -многолетнее травянистое растение семейства Brassicaceae. Исследования, проведенные в последние годы показали, что свербига восточная - культура многоцелевого использования: фармацевтического, пищевого, медоносного, кормового и фито-мелиоративного [1, 3, 9]. К хозяйственно-ценным признакам данного вида можно отнести зимостойкость, толерантность к болезням и вредителям, конкурентоспособность, долголетие в культуре до 10 лет, высокая урожайность семян и надземной массы, ее питательная ценность и др. В надземной массе растений содержится от 13 до 36% сырого протеина, 2,92-3,47% жира, 8,29-11,98% золы [4, 11]. Она богата микроэлементами (железо, медь, бор, марганец, молибден, титан), содержит флавоноиды (моногликозиды, биозиды и дигликозиды кемпфе-рола и кверцетина, рутин), органические кислоты, дубильные вещества, сапонины. Незрелые плоды содержат горчичное масло, семена - жирное масло 10-31%, в том числе жирные кислоты: линоленовую 52,2%, линолевую 23,6%, олеиновую 13%, пальмитиновую 4,1%, арахиновую 3,6%, стеариновую 1,7%, пальмитолеиновую 0,7% [5, 9, 12, 13].

Всесоюзный институт лекарственных и ароматических растений (ВИЛАР) рекомендует свербигу восточную в качестве лекарственного растения

Михович Жанна Эдуардовна, кандидат биологических наук, научный сотрудник. Е-mail: mihovich@ib.komisc.ru Пунегов Василий Витальевич, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник. Е-mail: punegov@ib.komisc.ru

Груздев Иван Владимирович, кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник. Е-mail: gruzdev@ib.komisc.ru

Рубан Галина Алексеевна, научный сотрудник. Е-mail: ruban@ib.komisc.ru

Зайнуллина Клавдия Степановна, кандидат биологических наук, доцент, врио заведующая отделом Ботанический сад. Е-mail: zainullina@ib.komisc.ru

для углубленных исследований, т.к. выявлена высокая противоопухолевая активность полисахаридно-го комплекса. Под воздействием препаратов из свербиги увеличивалась пролиферация лимфоцитов больных раком тонкого кишечника и молочной железы, повышались адаптогенные свойства на 6070%. Считается, что свербига восточная обладает противоцинготными свойствами, т.к. листья и корни содержат витамин С (58-170 мг% в листьях) [8].

Цель работы: изучение биохимического состава растений свербиги восточной, выращенных в условиях среднетаежной подзоны Республики Коми.

Материал и методы исследований. Отбор растительных проб для биохимического анализа проводился в Ботаническом саду Института биологии Коми НЦ УрО РАН в период вегетации в 2016 г. на растениях третьего года жизни. Ранее было показано, что растения свербиги восточной максимального развития достигают на третий-четвертый годы жизни [7]. Надземную массу (верхнюю часть побегов высотой 50 см), собранную в период массового цветения растений в III декаде июня, сушили без доступа света до воздушно-сухого состояния. Зрелые семена (плоды) собирали в августе. В надземной массе свербиги восточной и плодах (семенах) методом ГЖХ анализа определяли компонентный состав, содержание моно- и дисахаридов и оксикис-лот, отдельно в надземной массе - массовую долю флавонолов по методике Беликова В.В. с соавторами [2], в плодах (семена) - массовую долю липидов и их компонентный состав. Сухой растительный материал перемалывали на лабораторной мельнице до травяной муки, проходящей через сито с ячейкой 0,25 мм и методом квартования отбирали навески по 0,5 г в стеклянный стакан, вместимостью 250 см3, приливали 100 см3 дистиллированной воды и быстро прогревали суспензию в микроволновой камере до 80°С с целью денатурации остатков энзимов. Суспензию охлаждали до комнатной температуры,

и центрифугированием отделяли водный экстракт от растительного остатка. Супернатант переносили в грушевидную колбу и концентрировали до получения сухого остатка в вакууме на роторном испарителе ИР-1М (ЗАО «ХимЛаборПрибор», г. Клин, РФ).

С целью определения массовой доли окси-кислот, моно- и дисахаридов из высушенных экстрактивных веществ отбирали в круглодонную колбу вместимостью 5 см3 навеску 11,2 мг и силилиро-вали внесением в колбу раствора триметилхлорси-лана, O- бис-(триметилсилил)-трифторацетами-да (БСТФА) в пиридине в объемном отношении 1:2,5:2,5 в количестве 448 мкл. Дополнительно, с применением микрошприца МШ-1, вносили в колбу 1 мкл гексадекана в качестве внутреннего стандарта для ГЖХ анализа. Для интенсификации синтеза триметилсилильных производных сахаров, спиртов и окси-кислот суспензию в колбе выдерживали в ультразвуковой ванне в течение 15 мин. до образования гомогенного желтого раствора. Для ГЖХ-анализа инжектировали в испаритель хроматографа 1 мкл полученного раствора ТМС-производных.

Определение жирных кислот липидной фракции в плодах (семенах) свербиги восточной

проводили в виде их метиловых эфиров после ме-танолиза по следующей методике: Отбирали навеску липидов массой 10-20 мг в стеклянную виалу объемом 15 см3, вносили 5 см3 метанола и 0,7 см3 соляной кислоты (38%). Виалы герметично закрыгва-ли винтовыми крышками и выщерживали в термостате в течение часа при температуре 100°С, после чего охлаждали до комнатной температуры. После охлаждения в каждую виалу добавляли 5 см3 дистиллированной воды, 0,5 см3 толуола, содержащего внутренний стандарт (гексадекан, 0,05 мг/см3) и экстрагировали в течение 5 минут. Полученный экстракт анализировали методом газовой хроматографии. Условия газохроматографического определения: газовый хроматограф «Кристалл-5000.2» с пламенно-иони-зационным детектором, кварцевая капиллярная колонка HP-FFAR (Agilent, США) 30 м х 0,32 мм х 0,25 мкм; газ-носитель - гелий (99,99%), скорость потока через колонку - 0,6 см3/мин; программирование температуры колонки 110°С - 5 С/мин - 260°С, скорость потока водорода -20см3/мин, скорость потока воздуха - 200 см3/мин, деление потока - 1:30; температура детектора 250 С, испарителя 300°С.

Таблица 1. Компонентный состав и содержание окси-кислот, спиртов, моно и дисахаридов в водорастворимых экстрактивных веществах надземной массы свербиги восточной

№ Компонент Массовая доля в сухом экстракте, % Массовая доля в растительной пробе, %

1 валериановая кислота 0,09 0,04

2 Фосфорная кислота 0,77 0,30

3 бутандионовая кислота 0,61 0,23

4 глицериновая кислота 0,31 0,12

5 яблочная кислота 4,00 1,55

6 3-гидроксидекановая кислота 0,04 0,02

7 2,3,4,-тригидроксибутановая кислота (эритроновая) 0,10 0,04

8 3,4-диоксибензойная кислота (протокатеховая) 0,08 0,03

9 галактоновая кислота 0,69 0,27

Сумма кислот 6,69 2,60

10 глицерин 2,02 0,78

11 инозитол 1,37 0,53

Сумма спиртов 3,39 1,31

12 галактопираноза 0,06 0,02

13 D-рибоза 0,28 0,11

14 D-фруктоза 1,89 0,73

15 D-глюкоза 12,20 4,72

16 талоза 0,70 0,27

17 D-риботураноза 0,06 0,02

18 тураноза 0,68 0,26

19 сахароза 0,22 0,08

Сумма сахаров 16,09 6,21

Определение химической структуры всех компонентов анализируемой смеси ТМС-производ-ных сахаров и метиловых эфиров жирных кислот осуществляли в центре коллективного пользования «Хроматография» Института биологии Коми НЦ УрО РАН методом хромато-масс спектрометрии на приборе «TRACE DSQ» (Thermo, США) в режиме

полного ионного тока (энергия электронов 70 эВ). Условия определения ТМС-производныгх сахаров: программирование температуры термостата колонок 130°С (1 мин) - 33°С/мин - 200°С (1 мин) -10°С/мин - 350°С (25 мин), кварцевая капиллярная колонка TR-1 (Thermo): 30 м х 0,32 мм, толщина пленки (полидиметилсилоксан) - 0,25 мкм; газ-

носитель - гелий (99,99%), скорость потока через колонку - 0,6 см3/мин, деление потока - 1:30; температура испарителя 280°С; интерфейса 250°С; детектора 200°С. Интерпретацию масс-спектров ТМС-производных сахаров проводили с использованием программного обеспечения Xcalibur Data System (ver. 1,4) и библиотеки масс-спектров NIST 05 (ver. 2,0).

Результаты исследований. Надземная масса растений свербиги восточной, собранная в фазе цветения богата низкомолекулярными водораство-римыгми веществами (табл.1).

Из окси-кислот доминирует яблочная кислота, из спиртов - глицерин и инозитол, из сахаров -D-глюкоза и D-фруктоза. Массовая доля кислот в воздушно сухой надземной массе растений составляет - 2,6%, спиртов - 1,3%, моно- и дисахаридов -6,2%. Высокое соотношение массовой доли сахаров к массовой доле кислот (равное 2,4), обуславливает как хорошую поедаемость зеленой массы растений сельскохозяйственными животными, так и приятный вкус блюд, с включением свежей или ошпаренной зелени растений, в рационе человека. Следует отметить, что фосфорная кислота содержится в надземной массе не в свободном состоянии, а в связанном в виде фосфолипидов, фосфатов и т.д., которые подвергаются переэтерификации в процессе реакции силилирования.

Установлено, что в надземной массе растений свербиги восточной в фазе цветения содержится 6,2±0,1% флавонолов в пересчете на абсолютно-сухое сырье. Несмотря на высокое содержание флавонолов, водный экстракт из надземной массы растения не обладает вяжущими свойствами, но имеет слабо выраженный горьковатый вкус. В водорастворимых экстрактивных веществах надземной массы свербиги восточной выбранными нами методами анализа не удалось обнаружить горькие гликозино-латы, присущие данному виду. В дальнейшем планируется исследовать состав экстрактивных веществ растения методами ВЭЖХ и ВЭЖХ-МС для выявления «горьких» веществ растения.

В плодах (семенах) свербиги восточной содержится в среднем 12% неполярных липидов. В гидролизате липидов доминируют три кислоты: олеиновая, линолевая и линоленовая, их массовая доля составляет не менее 33,2 мг в 100 мг масла (табл. 2). Полностью отсутствует эруковая кислота, которая входит в состав масла семян рапса и проявляет кардиотоксические свойства. Ценность масла из семян свербиги заключается в том, что предельные жирные кислоты обнаружены в нем только в минорных количествах (в сумме не более 2,26 мг в 100 мг масла) с преобладанием полиненасыщенных жирных кислот.

Таблица 2. Компонентный состав и содержание высших жирных кислот в масле свербиги восточной

№ Содержа- СКО*,

Название кислоты Обозначение ние в 100 мг масла, мг мг

1 миристиновая С 14:0 0,04 0,01

2 пальмитиновая С 16:0 1,40 0.20

3 пальмитолеиновая С 16:1(9) cis 0,06 0,02

4 стеариновая С 18:0 0,70 0,10

5 олеиновая С18:1(9) cis + С18:1(9) trans 7,10 0,80

6 вакценовая С18:1 (11) cis 0,70 0,20

7 линолевая C18:2 (9,12) trans, trans 11,80 1,10

8 линоленовая С18:3 (9,12,15) cis,cis,cis 14,30 1,60

9 арахиновая С20:0 0,09 0,02

10 эйкозеновая С20:1(11) cis 0,03 0,01

11 бегеновая С22:0 0,03 0,01

Примечание: * - СКО - среднее квадратическое отклонение

В табл. 3 показан компонентный состав полярной (водорастворимой) фракции экстрактивных веществ из плодов со зрелыми семенами растений. Согласно данным химического анализа, в водорастворимых веществах доминируют из кислот - про-токатеховая, проявляющая ярко выраженные анти-оксидантные свойства и галактуроновая, из спиртов - инозитол, характерный для экстрактивных веществ цветковых растений, из сахаров - тураноза, сахароза и глюкоза. Массовая доля водорастворимых веществ незначительна и не превышает 1,0% в пересчете на абсолютно сухое сырье.

Выводы: в результате биохимического анализа растений свербиги восточной, выращенных в условиях среднетаежной подзоны Республике Коми, выявлено отсутствие эруковой кислоты, что дает

возможность использования ее в качестве кормового и пищевого растения. Надземная масса богата сахарами, а высокое соотношение массовой доли сахаров к массовой доле кислот обуславливает хорошую поедаемость сельскохозяйственными животными и приятный вкус блюд, с включением свежей или ошпаренной зелени растений, в рационе человека. Плоды со зрелыми семенами содержат предельные жирные кислоты в минорных количествах (в сумме не более 2,32 мг в 100 мг масла), с преобладанием полиненасыщенных жирных кислот, что определяет ценность масла получаемого из семян растений.

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме «Некоторые аспекты репродуктивной биологии ресурсных видов растений в культуре на европейском Северо-Востоке России» (№115012860039).

Таблица 3. Компонентный состав и содержание окси-кислот, спиртов, моно и дисахаридов в водорастворимых экстрактивных веществах в плодах (семенах) свербиги восточной

Компонент Группа Массовая доля в плодах (семенах), % СКО, %

валериановая кислота 0,06 0,006

яблочная кислота 0,02 0,002

3,4-диоксибензойная

(протокатеховая) кислота 0,08 0,008

галактуронова кислота 0,08 0,008

глицерин спирт 0,04 0,004

рибитол спирт 0,05 0,005

инозитол спирт 0,10 0,010

фруктоза сахар 0,04 0,004

глюкоза сахар 0,15 0,015

Б-рибоза сахар 0,01 0,001

сахароза сахар 0,10 0,010

тураноза сахар 0,24 0,024

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Аветисян, А.Т. Интродукция новых, малораспрост- 7. раненных кормовых культур в условиях лесостепи // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2013. № 7. С. 72-74.

2. Беликов, В.В. Реакция комплексообразования в ана- 8. лизе флавоноидов / В.В. Беликов, Т.В. Точкова // Мат-

лы. II Всеросс. симпоз. по фенольным соединениям. - Алма-Ата, 1973. С. 168-172.

3. Глазовая, Н.В. Возделывание свербиги восточной на корм в умеренно-засушливой степи северного Казах- 9. стана // Вестник Курганской ГСХА. 2015. № 3. С. 10-13.

4. Докукин, Ю.В. Создание высокопродуктивных агро-фитоценозов медоносно-кормового использования 10. из козлятника восточного и свербиги восточной: ав-тореф. дис. ... к.б.н. - М., 2007. 19 с.

5. Загуменникова, Т.И. Биологические особенности раз- ц. вития и продуктивность свербиги восточной при интродукции // Генетические ресурсы лекарственных и 12. ароматических растений: Сб. науч. тр. Междунар. 13. конф., посвящ. 50-летию Бот. сада ВИЛАР. - М., 2001.

С. 127-128.

6. Интродукция лекарственных, ароматических и технических растений // Итоги интродукционного

питомника БИН АН СССР за 250 лет. - Л.: Наука, 1965. 424 с.

Михович, Ж.Э. Свербига восточная - перспективная культура для кормопроизводства Республики Коми / Ж.Э. Михович, Г.А. Рубан, К.С. Зайнуллина // Кормопроизводство. 2011. № 9. С. 33-35. Рабинович, А.И. Лекарственные растения России, обладающие противораковой активностью // Генетические ресурсы лекарственных и ароматических растений: сб. науч. тр. междунар. конф., посвящ. 50-летию Бот. сада ВИЛАР. - М., 2001. С. 359-360. Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения, их химический состав, использование; Семейства Paeoniaceae - Thymelaeaceae. - Л.: Наука, 1986. 336 с. Рубан, Г.А. Агрофитоценозы со свербигой восточной в Республике Коми / Г.А. Рубан, Ж.Э. Михович, К.С. Зай-нуллина // Кормопроизводство. 2015. № 1. С. 31-34. Утеуш, ЮА. Новые перспективные кормовые культуры. - Киев, 1991. 192 с. Флора СССР. - М.; Л.: АН СССР, 1939. Т. 8. С. 235. Химический состав нетрадиционных кормовых и лекарственных растений. Справочное пособие. - М., 1996. 135 с.

BIOCHEMICAL CHARACTERISTIC OF BUNIAS ORIENTALIS L. PLANTS AT CULTIVATION IN THE NORTH

The article presents the results of an advanced study of biochemical composition of above-ground mass and seeds of Bunias orientalis, grown in the middle-taiga subzone of Komi Republic. It is shown that the aboveground mass of Bunias orientalis in the flowering phase is rich in low molecular weight water-soluble substances and flavonols. Among hydroxy-acids malic acid dominates, among alcohols - glycerol and Inositol among sugars - D-glucose and D-fructose. Mass fraction of acids in air-dry above-ground mass of plants is 2?6%, alcohol - 1,3%, mono - and disaccharides 6,2%. High ratio of mass fraction to the mass fraction of sugars, acids, determines how good palata-bility of herbage plants by farm animals is, and the pleasant taste of the dishes, with the addition of fresh or blanched green plants in the human diet. Flavonols contains 6,2% in terms of dry substance. Mature fruits (seeds) of Bunias orientalis contain an average of 12% non-polar lipids. Three acids: oleic, linoleic and linolenic acid dominate and their mass fraction is not less than 33,3 mg to 100 mg oil. The value of oil is that the maximum fatty acids have been detected only in minor amounts (in the amount of 2,32 mg / 100 mg oil) with a predominance of polyunsaturated fatty acids.

Key words: Bunias orientalis, biochemical composition, seeds, above-ground mass

Janna Mikhovich, Candidate of Biology, Research Fellow. Е-mail: mihovich@ib.komisc.ru; Vasiliy Punegov, Candidate of Agriculture, Senior Research Fellow. Е-mail: punegov@ib.komisc.ru; Ivan Gruzdev, Candidate of Chemistry, Associate Professor, Senior Research Fellow. Е-mail: gruzdev@ib.komisc.ru; Galina Ruban, Research Fellow. Е-mail: ruban@ib.komisc.ru; Klavdiya Zaynullina, Candidate of Biology, Associate Professor, Head of the Department "Botanical Garden". Е-mail: zainullina@ib.komisc.ru;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Биохимическая характеристика растений свербиги восточной (Bunias orientalis L. ) при культивировании на севере»